Mikroarray-T ransformer Microarray transformer
Zusammenfassung Summary
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Mikroarraytransformation bei dem durch die Verwendung eines Kavitätenchips mit Transformationsmatrix ein Vorlagenarray auf einen planaren Träger kopiert werden kann und die Information oder räumliche Anordnung dabei verändert wird, sodass ein transformiertes zweites Array entsteht. Die Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens. The invention relates to a method for microarray transformation in which, by using a transformation matrix cavity chip, a template array can be copied onto a planar support and the information or spatial arrangement is thereby changed so that a transformed second array results. The invention also relates to a device for carrying out such a method.
Stand der Technik State of the art
Unter DNA Mikroarrays versteht sich eine Ansammlung vieler unterschiedlicher, kleiner Punkte (Spots) mit DNA auf einem festen Substrat. Bei der Herstellung von DNA Mikroarrays wird grundsätzlich zwischen drei verschiedenen Herstellungsarten unterschieden: DNA microarrays are an accumulation of many different, small dots (spots) with DNA on a solid substrate. In the production of DNA microarrays basically a distinction is made between three different types of production:
1. Gespottete DNA Mikroarrays a. Mikroarray Spotter [8] 1. Spotted DNA Microarrays a. Microarray spotter [8]
2. In-situ synthetisierte DNA Mikroarrays a. Spot synthesis; Inkjet printing [2], [3] b. Photolithography mittels Photomasken [10] c. Photolithography mittels Micromirrors [9] 2. In situ synthesized DNA microarrays a. Spot synthesis; Inkjet printing [2], [3] b. Photolithography using photomasks [10] c. Photolithography by means of micromirrors [9]
3. Synthese mittels DNA Polymerase 3. Synthesis by DNA polymerase
Eine relative neuartige Methode zur Herstellung von DNA Mikroarrays besteht darin, die DNA an der Oberfläche mittels einer Polymerase anhand eines DNA Templates auf zu synthetisieren (W02009034181A2, W02010100265A1 ). Hierbei wird eine feste A relatively novel method for the production of DNA microarrays is to synthesize the DNA on the surface by means of a polymerase using a DNA template (W02009034181A2, W02010100265A1). This is a fixed
Oberfläche mit so genannten Primern (Synthesestartpunkte für die DNA Polymerase) versehen. Anschließend wird ein Mix bestehend aus den einzelnen Synthesebausteinen, der DNA-Polymerase und dem Template auf eben diese Oberfläche gegeben. Die Synthese verläuft hierbei hochparallel an bis zu mehreren tausend Punkten. Der Reaktionsraum jeder dieser Punkte wurde physikalisch voneinander getrennt, um eine unabhängige Synthesereaktion zu gewährleisten. Dies kann eine räumliche Trennung über Mikrokavitäten bis hin zur Limitierung der Diffusion darstellen. Surface provided with so-called primers (synthesis starting points for the DNA polymerase). Subsequently, a mix consisting of the individual synthesis building blocks, the DNA polymerase and the template is added to this very surface. The synthesis is highly parallel up to several thousand points. The reaction space of each of these points was physically separated to ensure an independent synthesis reaction. This can represent a spatial separation over microcavities to the limitation of the diffusion.
Der grundlegende Unterschied der Herstellungsarten besteht darin, dass die DNA Moleküle für (1 ) im Vorfeld und für (2 und 3) während der Erstellung des DNA Mikroarrays hergestellt werden.
Bei all den oben genannten Fertigungstechniken für DNA Mikroarrays werden die einzelnen Arrays jeweils neu, d.h. komplett von vorne, hergestellt. Aus diesem Grund gibt es einige Ansätze, deren Ziel es ist, bereits vorhandene DNA Mikroarrays zu replizieren: The fundamental difference in the methods of preparation is that the DNA molecules are prepared for (1) in advance and for (2 and 3) during the creation of the DNA microarray. In all the above-mentioned production techniques for DNA microarrays, the individual arrays are each newly manufactured, ie completely from the front. For this reason, there are several approaches that aim to replicate existing DNA microarrays:
Die Vervielfältigung von DNA Mikroarrays mittels Hybridisierung: The duplication of DNA microarrays by hybridization:
Hier werden komplementäre DNA Stränge aus DNA Pools an ein bestehendes DNA Mikroarray hybridisiert. Die komplementären DNA Moleküle besitzen jeweils eine reaktive Gruppe, mit der es möglich ist, sie an einem zweiten Substrat zu befestigen in dem beides in Kontakt gebracht wird. Dieses Substrat enthält nun die komplementären DNA Moleküle des originalen DNA Mikroarrays und weist die gleiche örtliche Auflösung auf. Eine derart hergestellte Kopie ist vergleichbar mit dem Negativ eines analogen Fotos ([4], [5], [6], [1 1 ], [12], US20060141245A1 , Here, complementary DNA strands from DNA pools are hybridized to an existing DNA microarray. The complementary DNA molecules each have a reactive group with which it is possible to attach them to a second substrate in which both are brought into contact. This substrate now contains the complementary DNA molecules of the original DNA microarray and has the same local resolution. A copy produced in this way is comparable to the negative of an analogous photograph ([4], [5], [6], [1 1], [12], US20060141245A1),
W020061 12815A2). W020061 12815A2).
Die Vervielfältigung von DNA Mikroarrays mittels Hybridisierung und Verlängerung mittels DNA Polymerase: Reproduction of DNA microarrays by hybridization and extension by DNA polymerase:
Diese Methode ist sehr ähnlich zu der zuvor beschriebenen Methode. Allerdings sind die hybridisierten DNA Moleküle bedeutend kürzer als die DNA Moleküle des zu vervielfältigenden DNA Mikroarrays. Die hybridisierten DNA Moleküle dienen in diesem Fall als Primer für eine DNA Verlängerungsreaktion mittels DNA Polymerase. Die Polymerase ist ein Enzym, welches einen DNA Strang anhand einer Vorlage entsprechend verlängern kann. Mittels dieser Methode ist es im Prinzip möglich, DNA Mikroarrays mit langen DNA Molekülen zu vervielfältigen. Eine derart hergestellte Kopie ist Vergleichbar mit dem Negativ eines analogen Fotos ([6], This method is very similar to the previously described method. However, the hybridized DNA molecules are significantly shorter than the DNA molecules of the DNA microarray to be amplified. The hybridized DNA molecules in this case serve as primers for a DNA extension reaction using DNA polymerase. The polymerase is an enzyme that can extend a DNA strand based on a template accordingly. By means of this method it is in principle possible to duplicate DNA microarrays with long DNA molecules. A copy produced in this way is comparable to the negative of an analogous photograph ([6]),
US20100256017A1 , W02008022332A2). US20100256017A1, W02008022332A2).
Vervielfältigung mittels eines Master-Kavitätenchips und einer anschließenden PCR Duplication by means of a master cavity chip and a subsequent PCR
Ein Master-Kavitätenchip besitzt DNA Primer an seiner Oberfläche, die komplementär zur DNA eines bereits existierenden DNA Mikroarrays sind. Dieser Chip wird mit PCR-Mix befüllt und auf dem zu replizierenden DNA Mikroarray platziert. Mittels einer PCR wird die Information der DNA des DNA Mikroarrays in den Master-Kavitätenchip transferiert und gespeichert. In einem zweiten Schritt wird der Kavitätenchip abermals mit PCR-Mix befüllt und mit einem leeren Mikroarray verschlossen. Anschließend wird abermals eine PCR durchgeführt, um die DNA Moleküle vom Master Kavitätenchip auf die neue Oberfläche zu transferieren. Diese stellt somit ein exaktes Abbild des originalen DNA Mikroarrays dar. (W02010100265A1 ) A master cavity chip has DNA primers on its surface that are complementary to the DNA of an existing DNA microarray. This chip is filled with PCR mix and placed on the DNA microarray to be replicated. By means of a PCR, the information of the DNA of the DNA microarray is transferred into the master cavity chip and stored. In a second step, the cavity chip is filled again with PCR mix and closed with an empty microarray. Subsequently, another PCR is performed to transfer the DNA molecules from the master cavity chip to the new surface. This thus represents an exact replica of the original DNA microarray. (W02010100265A1)
Im Stand der Technik existiert keine Methode, mit der man sowohl vorhandene DNA Mikroarrays replizieren als auch nach Belieben abändern (transformieren) kann. There is no method in the art for replicating and transforming existing DNA microarrays as desired.
Die unterschiedlichen Methoden aus dem Stand der Technik weisen verschiedene Nachteile auf: The different methods of the prior art have various disadvantages:
Klassische Herstellungsarten (Array production):
Hierbei ist keine Replikation von DNA Mikroarrays möglich. Erstellte, generierte Mikroarrays lassen sich mit diesen Methoden nicht mehr abändern / transformieren. Sie müssten von Grund auf neu generiert werden. Eine nachträgliche Transformation ist also nicht möglich. Spotgröße und -form wird von der jeweiligen Herstellungsart bestimmt und kann nicht beliebig gewählt werden. Die Anordnung der Spots ist außerdem limitiert durch die Herstellungsart. Mit keiner der zuvor genannten Methoden ist eine Transformation eines DNA Mikroarrays möglich. Classic production methods (Array production): No replication of DNA microarrays is possible. Created, generated microarrays can no longer be modified / transformed using these methods. They would have to be generated from scratch. Subsequent transformation is therefore not possible. Spot size and shape is determined by the respective production and can not be chosen arbitrarily. The arrangement of the spots is also limited by the production method. No transformation of a DNA microarray is possible with any of the aforementioned methods.
Bestehende Methoden zur Replikation von bereits existierenden DNA Mikroarrays: Existing methods for the replication of existing DNA microarrays:
Eine Änderung der Spotgrößen bzw. deren spezifischer Orte ist nicht möglich (keine It is not possible to change the spot sizes or their specific locations (none
Raumtransformationen). Ebenso sind keine Formtransformationen möglich, da das Space transformations). Likewise, no shape transformations are possible because the
Ausgangsarray stets die Form der Spots vorgibt und bestimmt. Außerdem sind Output array always determines the shape of the spots and determined. Besides, they are
Sequenztransformationen nur möglich in Form von Verlängerung oder Verkürzung der vorhandenen DNA. Weiterführende Transformationen wurden nicht beschrieben. Sequence transformations only possible in the form of extension or shortening of the existing DNA. Further transformations were not described.
Sequenztransformationen in Form von Merging oder Kombinatorik sind mit den vorhandenen Methoden nicht möglich. Sequence transformations in the form of merging or combinatorics are not possible with existing methods.
Im Stand der Technik wird ein Array während eines Kopierprozesses im Grunde genommen von einem Drucker gedruckt. Für jeden unterschiedlichen DNA Spot muss eine einzelne DNA Probe verwendet werden, was eine langwierige Vorbereitung verlangt. Dadurch wird der Prozess zeit- und kostenintensiv. Außerdem ist langwieriges Waschen zwischen den Printvorgängen notwendig um Kontamination zwischen Spots zu verhindern und zu vermindern. Des Weiteren ist es notwendig, dass der Abstand der Spots ausreichend groß gewählt ist, um ein ineinander Laufen und Kontamination zu verhindern. In the prior art, an array is basically printed by a printer during a copying process. For each different DNA spot, a single DNA sample must be used, which requires a lengthy preparation. This makes the process time consuming and costly. In addition, lengthy washing between printing operations is necessary to prevent and reduce contamination between spots. Furthermore, it is necessary that the spacing of the spots is chosen to be sufficiently large to prevent running into one another and contamination.
Ein weiterer Nachteil der Methoden aus dem Stand der Technik ist, dass die Form der Spots sehr beschränkt ist und nur nahezu runde Spots möglich sind. Another disadvantage of the prior art methods is that the shape of the spots is very limited and only near-round spots are possible.
Das Eintrocknen der flüssigen Spots wirkt sich auf die Homogenität der Spots aus, sodass ein Unterschied im Ergebnis zwischen Randbereich und Mitte des Spots entsteht. The drying of the liquid spots has an effect on the homogeneity of the spots, so that there is a difference in the result between the edge area and the center of the spot.
Lichtsynthese light synthesis
Ein Array wird mittels Photolithographie hergestellt. Daraus ergeben sich folgende Probleme. An array is made by photolithography. This results in the following problems.
Jeder Syntheseschritt benötigt eine einzelne Maske und verlängert den DNA Strang nur um eine Base. Pro Schritt gibt es einen gewissen Prozentsatz an Fehlern. Dadurch wirkt sich die Länge des DNA Strangs auf die Güte des Ergebnisses aus. Nach jedem Syntheseschritt muss ein Waschschritt durchgeführt werden und die Maske getauscht werden, wodurch die Methode zeit- und kostenaufwendig wird. Das Design eines Arrays kann nur mit großem Kosten- und Each step of the synthesis requires a single mask and extends the DNA strand by only one base. There is a certain percentage of errors per step. As a result, the length of the DNA strand affects the quality of the result. After each step of the synthesis, a washing step must be performed and the mask replaced, making the method time-consuming and costly. The design of an array can only be costly and costly
Zeitaufwand geändert werde.
Maskenlose Lithographie mit Mikrospiegeln wie bei einem Projektor/Beamer macht zwar die Verwendung von unterschiedlichen Masken obsolet aber dadurch ist die Form der Spots auf rechteckige oder quadratische Formen beschränkt Time is changed. Maskless lithography with micromirrors, as with a projector / projector, makes the use of different masks obsolete, but this limits the shape of the spots to rectangular or square shapes
Solid Phase PCR Solid Phase PCR
DNA wird Digital und randomisiert in einem Glas-Kavitätenchip verteilt und mittels PCR vervielfältigt. Die Herstellung der Glas-Kavitätenchips ist sehr aufwendig, außerdem sind die Muster und Spotformen durch die Herstellung auf runde und hexagonale Anordnungen beschränkt. Des Weiteren sind mehrere unterschiedliche Kavitätenformen auf einem Array nicht möglich. Operationen wie Vergrößern und Verkleinern sind mit dieser Methode nicht möglich. Auch das Verschieben von Spots oder Spot Merging sind nicht möglich. Eine Transformation von Arrays ist daher ausgeschlossen. DNA is distributed digitally and randomized in a glass cavity chip and amplified by PCR. The production of the glass cavity chips is very complicated, and the patterns and spot shapes are limited to round and hexagonal arrangements. Furthermore, several different cavity shapes on an array are not possible. Operations such as zooming in and out are not possible with this method. It is also not possible to move spots or spot merging. A transformation of arrays is therefore excluded.
Bisher ist im Stand der Technik kein Verfahren bekannt oder beschrieben, mit dessen Hilfe DNA Mikorarrays transformiert werden können. Lediglich Arten der Replikation wurden beschrieben. Jedoch eröffnet die Transformation von Mikroarrays ungeahnte und unerwartete Möglichkeiten wie z.B. die Herstellung völlig neuer DNA Arrays. So far, no method is known or described in the prior art, with the aid of which DNA microarrays can be transformed. Only types of replication have been described. However, the transformation of microarrays opens up unanticipated and unexpected possibilities, e.g. the production of completely new DNA arrays.
Die Herausforderung bzw. die Aufgabe hierbei ist es, die Informationen des originalen The challenge or the task here is to get the information of the original one
Mikroarrays zu speichern und abzuändern. Während die Speicherung meist gut zu To store and modify microarrays. While storing mostly good too
bewerkstelligen ist, stellt die begleitende Transformation eine große Aufgabe dar. accomplish, the accompanying transformation is a big task.
Mikroarrays aus dem Stand der Technik lassen sich nach ihrer Herstellung nicht mehr ändern, außer ggf. verlängern oder verkürzen. Dies ist aber oft aufgrund der schlechten Qualität der primären DNA auch nur eingeschränkt möglich. Weiterhin lassen sich bestehende Formate von Mikroarrays rein physikalische nicht„umformatieren“ d.h. man muss stets die Experimente und Geräte an die bestehenden Mikroarrays anpassen bzw. auf Experimente verzichten, wenn passende Mikroarrays nicht vorhanden sind. Zudem lassen sich zwei Mikroarrays nicht zu einem nach deren Herstellung„zusammenfügen“. Microarrays of the prior art can not be changed after their production, except possibly extend or shorten. However, this is often only possible to a limited extent due to the poor quality of the primary DNA. Furthermore, existing formats of microarrays can not be "reformatted" purely physical, i. you always have to adapt the experiments and devices to the existing microarrays or do without experiments if suitable microarrays are not available. In addition, two microarrays can not be "put together" into one after their production.
Beschreibung der Erfindung Description of the invention
Gelöst wird die Aufgabe durch die unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausführungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. The problem is solved by the independent claims. Advantageous embodiments emerge from the subclaims.
In einer ersten bevorzugten Ausführungsform betrifft die Erfindung ein Verfahren der Mikroarray- Transformation umfassend die folgenden Schritte a) Bereitstellung eines Vorlagenarrays, wobei das Vorlagenarray mehrere Spots mit Vorlagenmolekülen umfasst und wobei die Vorlagenmoleküle bevorzugt Oligonukleotide sind,
b) Bereitstellung eines Kavitätenchips umfassend eine Transfermatrix, c) Bereitstellung eines Reaktionsmixes im Kavitätenchip, d) Platzierung des Vorlangenarrays auf dem Kavitätenchip, e) Kopierprozess, wobei die Oligonukleotide der Spots des Vorlangenarrays auf den Kavitätenchip kopiert werden f) Bereitstellung einer Arrayoberfläche. g) Bereitstellung eines Reaktionsmixes im Kavitätenchip, h) Platzierung der Arrayoberfläche auf dem Kavitätenchip, i) Kopierprozess, wobei die Oligonukleotide der Spots des Kavitätenchips auf die Arrayoberfläche als DNA, RNA oder Protein kopiert werden und wobei dieses neu entstandene weitere Array sich hinsichtlich Spotform, Spotgröße, Spotlage und/oder hinsichtlich der enthaltenden Information vom Vorlagenarray unterscheidet. In a first preferred embodiment, the invention relates to a method of microarray transformation comprising the following steps a) providing a template array, wherein the template array comprises a plurality of spots with template molecules and wherein the template molecules are preferably oligonucleotides, b) providing a cavity chip comprising a transfer matrix, c) providing a reaction mixture in the cavity chip, d) placing the precursor array on the cavity chip, e) copying process, wherein the oligonucleotides of the spots of the precursor array are copied onto the cavity chip f) providing an array surface. g) providing a reaction mix in the cavity chip, h) placing the array surface on the cavity chip, i) copying process, whereby the oligonucleotides of the spots of the cavity chip are copied onto the array surface as DNA, RNA or protein and wherein this newly formed further array is in terms of spot shape, Spot size, spot location and / or in terms of containing information differs from the template array.
Durch die Erfindung wird also ein Mikroarray hergestellt, das im Vergleich zu einem The invention thus provides a microarray which, in comparison to a
Ausgangsarray transformiert ist. Output array is transformed.
Unter Transfermatrix ist die Anordnung der Kavitäten und deren Gestaltung sowie deren Eigenschaften zu verstehen. Transfer matrix is the arrangement of the cavities and their design as well as their properties.
Es kann bevorzugt sein, dass der Reaktionsmix und/oder andere Reaktionskomponenten im Kavitätenchip vorgelagert werden. It may be preferred that the reaction mixture and / or other reaction components are precoated in the cavity chip.
Um DNA-Mikroarrays zu transformieren, wurde somit eine spezielle Methode entwickelt, bei der die Replikation und Transformation in einem oder auch mehreren Schritten ablaufen kann. In order to transform DNA microarrays, a special method was developed in which the replication and transformation can take place in one or more steps.
Spezielle Kavitätenchips können mit beliebiger Form generiert werden. Diese umfassen kleine Kavitäten mit einer spezifischen Form, in denen die Vorlagemoleküle des originalen Mikroarrays gespeichert werden können. Special cavity chips can be generated with any shape. These include small cavities with a specific shape in which the template molecules of the original microarray can be stored.
„Gespeichert“ bedeutet in diesem Sinne, dass die Information der Vorlagenmoleküle dauerhaft übertragen wurde. Dies kann in Form von 1 :1 Kopien der Vorlagemoleküle erfolgen. Aber auch Abwandlungen sind möglich, beispielsweise RNA zu cDNA, wobei die Sequenzinformation erhalten bleibt. Es ist auch möglich, dass die original Vorlagemoleküle oder ein Teil davon auf den Kavitätenchip übertragen werden. "Stored" in this sense means that the information of the template molecules has been permanently transferred. This can be done in the form of 1: 1 copies of the template molecules. But also modifications are possible, for example RNA to cDNA, wherein the sequence information is retained. It is also possible that the original template molecules or a part thereof are transferred to the cavity chip.
Es ist bevorzugt, dass ein ursprüngliches Oligonukleotid Mikroarray (besonders bevorzugt ein DNA-Mikroarray) mit einer Geometrie 1 , in einen Kavitätenchip mit einer Geometrie 2 übertragen wird. Die Übertragung kann bevorzugt mittels einer PCR stattfinden. Hier sind aber auch anderer
Verfahren mit denen Biomoleküle, wie z.B. DNA amplifiziert werden können, z.B. isothermale DNA-Amplifikation, HDA, RPA oder LAMP möglich. Die Wahl der Primer während dieser Übertragungsreaktion, die im Sinne der Erfindung auch als Kopierprozess bezeichnet wird, bestimmt zudem welche Spots der ursprünglichen Arrays übertragen werden. Danach kann die Geometrie 2 des Kavitätenchips auf einen planaren Träger, auch als Arrayoberfläche bezeichnet, überführt werden, wodurch ein Mikroarray 2. Ordnung entsteht. Es kann nun ein weiterer Transformationsschritt durchgeführt werden, in einen Kavitätenchip der Geometrie 3, wodurch dann ein Array der 3. Ordnung entsteht. Grundsätzlich ist es so möglich Schritt für Schritt das ursprüngliche Mikroarray in beliebiger Ordnung neu umzusortieren. It is preferred that an original oligonucleotide microarray (particularly preferably a DNA microarray) having a geometry 1, is transferred into a cavity chip with a geometry 2. The transmission can preferably take place by means of a PCR. But here are others too Methods with which biomolecules, such as DNA can be amplified, for example, isothermal DNA amplification, HDA, RPA or LAMP possible. The choice of primers during this transfer reaction, which is also referred to as copying process in the context of the invention, also determines which spots of the original arrays are transmitted. Thereafter, the geometry 2 of the cavity chip can be transferred to a planar support, also referred to as an array surface, whereby a second-order microarray is formed. Now another transformation step can be carried out, into a cavity chip of geometry 3, whereby a 3rd order array is created. In principle, it is possible to reorder the original microarray in any order step by step.
„Kopieren“ bedeute im Sinne der Erfindung sowohl die 1 :1 Kopie (also z.B. DNA zu DNA) aber auch andere Verfahren, bei denen die Information kopiert wird, das Produkt sich aber vom Ausgangsmolekül unterscheidet, also z.B. DNA zu Protein, RNA zu cDNA, RNA zu Protein oder DNA zu RNA. Ein Produktmolekül, das sich vom Ausgangsmolekül unterscheidet, wird auch als Derivat bezeichnet. Sämtliche Derivate und Ableitungen der Ausgangsmoleküle sind möglich und der Fachmann weiß, wie er die jeweiligen Produktmoleküle herstellt. For the purposes of the invention, "copying" means both the 1: 1 copy (that is, for example DNA to DNA) and also other methods in which the information is copied, but the product differs from the starting molecule, e.g. DNA to protein, RNA to cDNA, RNA to protein or DNA to RNA. A product molecule different from the parent molecule is also called a derivative. All derivatives and derivatives of the starting molecules are possible and the person skilled in the art knows how to prepare the respective product molecules.
Die Kopierschritte werden in bevorzugter Weise mit bekannten Mitteln aus dem Stand der Technik durchgeführt, aber können auch durch alternative Verfahren ersetzt werden, welche dieselbe oder eine ähnliche biochemische Reaktion oder Amplifikation erzeugen. Es ist bevorzugt, dass eine RNA Polymerase für die Umwandlung von DNA zu RNA verwendet wird. Eine reverse Transkriptase wird bevorzugt für die Umwandlung von RNA in cDNA verwendet. Für die Umwandlung von DNA und/oder RNA in Proteine werden bevorzugt zellfreie in vitro The copying steps are preferably carried out by known means known in the art, but may also be replaced by alternative methods which produce the same or a similar biochemical reaction or amplification. It is preferred that an RNA polymerase is used for the conversion of DNA to RNA. A reverse transcriptase is preferably used for the conversion of RNA into cDNA. For the conversion of DNA and / or RNA into proteins are preferably cell-free in vitro
Transkriptions und/oder Translationsmixe verwendet. Soll DNA zu DNA kopiert werden, können Polymerasen, RPA (Replication Protein A) oder ein System zu Helikase-abhängige Amplifikation (HDA) zum Einsatz kommen. Transcriptional and / or translational mixes used. If DNA is to be copied to DNA, polymerases, RPA (Replication Protein A) or a system for helicase-dependent amplification (HDA) can be used.
Ein typischer Transformationsprozess läuft bevorzugt folgendermaßen ab: A typical transformation process is preferably as follows:
1. Befüllen des Kavitätenchips mit einem Reaktionsmix, z.B. PCR-Mix oder zellfreiem Expressionssystem 1. Fill the cavity chip with a reaction mix, e.g. PCR mix or cell-free expression system
2. Platzierung des originalen Arrays auf dem Kavitätenchip 2. Placement of the original array on the cavity chip
3. Durchführung einer Kopierreaktion, z.B. einer PCR 3. Performing a copying reaction, e.g. a PCR
4. Waschen und blocken 4. Wash and block
5. Optional: Modifikation der Vorlagemoleküle in den Kavitäten 5. Optional: Modification of the template molecules in the cavities
6. Optional: Wiederholung der schritte 1-4 mit dem selben Kavitätenchip aber einem anderen originalen Mikroarrays
7. Befüllen des Kavitätenchips mit Reaktionsmix und Verschließung dessen mit einer leeren Array-Oberfläche 6. Optional: Repeat steps 1-4 with the same cavity chip but with another original microarray 7. Fill the cavity chip with reaction mix and seal it with an empty array surface
8. Durchführung einer Kopierreaktion, z.B. einer PCR 8. Performing a copying reaction, e.g. a PCR
9. Waschen und Blocken des neu entstandenen Arrays und des Kavitätenchips 9. Wash and block the newly formed array and cavity chip
Im Speziellen können die optionalen Schritte beliebig miteinander kombiniert werden. Die entstehende Form des resultierenden transformierten Spots ist hierbei durch die Form der Kavität des Kavitätenchips gegeben. Insbesondere kann der oben geschilderte Prozess auch mehrfach und auch abermals auf bereits transformierte Arrays angewendet werden. In particular, the optional steps can be combined as desired. The resulting shape of the resulting transformed spot is given here by the shape of the cavity of the cavity chip. In particular, the above-described process can also be used repeatedly and also again on already transformed arrays.
Die räumliche Anordnung, also z.B. das resultierende Muster wird bevorzugt durch den ersten Kopierschritt in den Kavitätenchip definiert. Eine Modifikation der Moleküle kann aber auch noch danach erfolgen, sodass eine Transformation der Information zu mehreren Zeitpunkten erfolgen kann. The spatial arrangement, e.g. the resulting pattern is preferably defined by the first copying step in the cavity chip. However, a modification of the molecules can also take place after that, so that a transformation of the information can take place at several points in time.
Außerdem bevorzugt ist das Verfahren, wobei eine Modifikation, Verlängerung, Verkürzung, Derivatisierung und/oder Invertierung der Moleküle in den Kavitäten des Kavitätenchips und/oder während der Kopierprozesse erfolgt. Unter Derivatisierung sind Abwandlungen der Also preferred is the method, wherein a modification, extension, shortening, derivatization and / or inversion of the molecules takes place in the cavities of the cavity chip and / or during the copying processes. Under derivatization are modifications of the
Ausgangsmoleküle zu verstehen, wobei die Information z.B. eine Sequenzinformation, erhalten bleibt. Hierunter fällt im Sinne der Erfindung auch die Übersetzung von DNA oder RNA in Peptidsequenzen. To understand starting molecules, the information e.g. a sequence information is retained. For the purposes of the invention, this also includes the translation of DNA or RNA into peptide sequences.
Besonders bevorzugt ist, dass die Schritte a) bis e) mindestens einmal wiederholt werden, wobei derselbe Kavitätenchip aber ein anderes Vorlagenarray oder das gleiche Vorlagenarray in anderer oder der gleichen Orientierung verwendet wird. It is particularly preferred that steps a) to e) be repeated at least once, wherein the same cavity chip but another template array or the same template array is used in another or the same orientation.
Wenn das gleiche Vorlagenarray mehrfach in den gleichen Kavitätenchip kopiert wird, ist es besonders vorteilhaft, dass Vorlagenarray und Kavitätenchip bei den Wiederholungen in einer geänderten Orientierung zueinander stehen. Dies kann z.B. durch Drehung des Kavitätenchips erfolgen. Die Orientierung kann auch gleichbleibend sein, um z.B. synergistische Effekte zu erhalten. If the same template array is copied several times into the same cavity chip, it is particularly advantageous for the template array and cavity chip to be in a different orientation with respect to the repetitions. This can e.g. done by rotation of the cavity chip. The orientation may also be consistent, e.g. to get synergistic effects.
Besonders bevorzugt ist, dass der Kopierschritt einen Amplifikationsschritt umfasst. It is particularly preferred that the copying step comprises an amplification step.
Bei der Amplifikation kann es sich um eine PCR, eine isothermale Amplifikation oder eine RT- PCT. Der Amplifikationsschritt kann aber auch eine Transkription oder Proteinexpression beschreiben. The amplification can be a PCR, an isothermal amplification or an RT-PCT. The amplification step may also describe a transcription or protein expression.
Es ist bevorzugt, dass der Reaktionsmix ein PCR-Mix, ein isothermaler Amplifikationsmix, ein reverser Transkriptionsmix, ein Transkriptionsmix oder ein zellfreier Expressionsmix ist.
Es ist außerdem bevorzugt, dass eine Proteinsynthese stattfindet, sodass beispielsweise im Reaktionsmix Enzyme enthalten sind die DNA in RNA transkribieren und RNA in Protein translatieren. It is preferred that the reaction mix is a PCR mix, an isothermal amplification mix, a reverse transcription mix, a transcription mix, or a cell-free expression mix. It is also preferred that a protein synthesis takes place so that, for example, in the reaction mixture, enzymes are contained which transcribe DNA into RNA and translate RNA into protein.
Es ist dabei bevorzugt, dass eine mögliche Proteinsynthese erst im einem Kopierschritt vom Kavitätenchip auf eine leere Arrayoberfläche erfolgt. It is preferred that a possible protein synthesis only takes place in a copying step from the cavity chip to an empty array surface.
Es können auch andere adäquate Mixe verwendet werden, wobei der Fachmann in der Lage ist diese auszuwählen, ohne dabei selbst erfinderisch tätig zu werden. Other suitable mixes may be used, the skilled person being able to select them without being inventive himself.
Besonders bevorzugt handelt es sich bei den Vorlagenmolekülen um Oligonukleotide, bevorzugt um DNA-Moleküle oder RNA-Moleküle. Particularly preferably, the template molecules are oligonucleotides, preferably DNA molecules or RNA molecules.
Außerdem ist bevorzugt, dass mehrere Spots des Vorlagenarrays in dem Kavitätenchip und/oder weiteren Array zusammengeführt werden, um so eine Mischung an Vorlagemolekülen bzw. den daraus abgeleiteten Molekülen zu erzeugen und/oder um eine DNA oder RNA zu erzeugen, die mehrere Teilsequenzen bzw. Ableitungen dieser Teilsequenzen der Vorlagemolekülen aus den jeweiligen Spots umfasst. In addition, it is preferred that a plurality of spots of the template array are combined in the cavity chip and / or further array, so as to produce a mixture of template molecules or the molecules derived therefrom and / or to generate a DNA or RNA which contains a plurality of partial sequences or Derivatives of these partial sequences of the template molecules from the respective spots comprises.
Weiterhin bevorzugt ist, dass Spots von mindestens zwei Vorlagenarrays in dem weiteren Array zusammengeführt werden, um so eine Mischung an Kopien zu erzeugen und/oder um eine Kopie zu erzeugen, die mehrere Teilsequenzen bzw. Ableitungen dieser Teilsequenzen der It is further preferred that spots from at least two template arrays in the further array are merged so as to create a mixture of copies and / or to produce a copy comprising a plurality of subsequences of these partial sequences
Vorlagemolekülen aus den jeweiligen Spots umfasst. Template molecules from the respective spots comprises.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform betrifft die Erfindung das Verfahren, wobei ein Spot des Vorlagenarrays in dem weiteren Array in mehrere Spots unterteilt wird. In a further preferred embodiment, the invention relates to the method, wherein a spot of the template array in the further array is subdivided into a plurality of spots.
Auch bevorzugt ist, dass zusätzliche DNA-Moleküle in Lösung hinzugegeben werden, so dass die Moleküle (Vorlagenmoleküle oder Produktmoleküle oder ein Zwischenprodukt) um diese DNA Sequenz verlängert bzw. verändert werden. It is also preferred that additional DNA molecules be added in solution such that the molecules (template molecules or product molecules or an intermediate) are extended around this DNA sequence.
Es ist besonders bevorzugt, dass die Vorlagenmoleküle DNA-Moleküle sind, die alle oder teilweise kurze, gleiche DNA Sequenzen von bevorzugt 10-30 Basenpaare besitzen. It is particularly preferred that the template molecules are DNA molecules that have all or part of short, identical DNA sequences of preferably 10-30 base pairs.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kavitäten des Kavitätenchips mit Primern beschichtet sind. Method according to at least one of the preceding claims, wherein the cavities of the cavity chip are coated with primers.
Bevorzugt tragen die Primer am 3’-Ende oder am 5’ Ende eine zusätzliche DNA-Sequenz. The primers preferably carry an additional DNA sequence at the 3 'end or at the 5' end.
Bevorzugt ist das Verfahren, wobei die zusätzlichen Sequenzen als Barcode für eine Preferably, the method, wherein the additional sequences as a barcode for a
Ortsinformation verwendet werden können und/oder die Primer eine Sequenz zur T ranskription und/oder der zellfreien Synthese enthalten können
Es ist bevorzugt, dass die Transformation räumlich und/oder zeitlich begrenzt ist. Die räumliche Begrenzung ist bevorzugt durch den Rand der Kavitäten gegeben. Die zeitliche Begrenzung kann durch unterschiedliche Faktoren realisiert werden. Zeitlich limitierte Reaktionsbedingungen können z.B. eine Temperatur, die über- oder unterschritten wird, ein pH-Wert der sich im Laufe der Zeit ändert, das Einstrahlen von Licht oder auch elektrische Felder sein. Location information can be used and / or the primer can contain a sequence for T ranskription and / or cell-free synthesis It is preferred that the transformation is spatially and / or temporally limited. The spatial boundary is preferably given by the edge of the cavities. The time limit can be realized by different factors. Time-limited reaction conditions can be, for example, a temperature which is exceeded or fallen below, a pH which changes over time, the irradiation of light or electric fields.
Die Erfindung erlaubt es bestehende Mikroarrays bezüglich ihrer räumlichen Struktur zu verändern. Insbesondere hinsichtlich der Spotform, Spotgröße und Spotlage. Es ist möglich die Form der Spots beliebig zu verändern, aber auch deren Lage (bis hin zum Löschen von Spots). Dies kann je nach Geometrie unterschiedliche Anwendungen finden: a) Bei einer Transformation ohne relevante Größenänderungen wird ein Spot in einen Spot mit ungefähr der gleichen Größe umgewandelt, aber die Form des Spots kann dabei beliebig verändert werden. Aufgrund des Transformationsprozesses entstehen extrem scharfe Kanten und es können so Spots mit bisher nicht möglicher Geometrie erzeugt werden. b) Bei einer Transformation in kleinere Größen kann ein Spot in mehrere kleine Spots The invention makes it possible to change existing microarrays in terms of their spatial structure. In particular with regard to the spot shape, spot size and spot location. It is possible to change the shape of the spots as you like, but also their position (up to the deletion of spots). This can find different applications depending on the geometry: a) In a transformation without relevant size changes, a spot is converted into a spot with approximately the same size, but the shape of the spot can be changed arbitrarily. Due to the transformation process extremely sharp edges are created and spots with previously impossible geometry can be created. b) When transforming into smaller sizes, a spot can turn into several small spots
„zerteilt“ werden, deren Form wiederum beliebig sein kann. c) Bei einer Transformation in größere Größen können zwei oder mehrere Spots bzw. deren DNA fusioniert werden. Die DNA kann dabei je nach Prozesswahl und Primersequenz parallel oder sequenziell auf dem Zielspot abgebildet werden. D.h. die DNA kann dann an der Oberfläche am Ende eine Mischung sein (mehrere Sequenzen nebeneinander auf der Oberfläche) oder aber auch ein Kombinationskonstrukt, bei dem eine Sequenz an der anderen angehängt ist, womit auch komplette Genprodukte erzeugt werden können. Be "divided" whose shape can be arbitrary. c) When transforming into larger sizes, two or more spots or their DNA can be fused. Depending on the process selection and primer sequence, the DNA can be imaged in parallel or sequentially on the target spot. That the DNA may then end up being a mixture at the surface (several sequences side by side on the surface), or else a combination construct with one sequence attached to the other, thus also producing complete gene products.
Durch mehrfache Durchführung von Transformationen kann ein Mikroarray theoretisch beliebig umformatiert, Spots entfernt oder aus anderen Arrays hinzugefügt, DNA oder andere Biomoleküle verkürzt oder verlängert werden. Ein Vorteil der Erfindung ist es, dass es dadurch möglich ist, Genkonstrukte oder Genbibliotheken kombinatorisch aufzubauen oder umzuformatieren. By performing multiple transformations, a microarray can theoretically be reformatted, spots removed or added from other arrays, or DNA or other biomolecules shortened or lengthened. An advantage of the invention is that it is thereby possible to construct or reformulate gene constructs or gene libraries combinatorially.
Es war völlig überraschend, dass durch die Erfindung erkannt wurde, dass die statische Form des ursprünglichen Mikroarrays mittels Transformation über einen Kavitätentransfer verändert und reformatiert werden kann. Analog einer Fouriertransformation kann durch die Erfindung grundsätzlich jede beliebige Geometrie erzeugt werden kann. Nun können affine oder teilaffine Abbildungen aus der Mathematik auf die Geometrie eines Arrays und dessen Biomolekülen angewendet werden. Ebenso können Additionen durch DNA oder andere Biomoleküle stattfinden (z.B. mittels einer Ligation oder einer verlängernden Amplifikation) als auch Subtraktionen (z.B. durch eine PCR mit einem Primer, der ein verkürztes DNA-Produkt erzeugt, oder mittels eines Restriktionsenzymes, welches die DNA an einer bestimmten Sequenz abschneidet). Somit wird
die abstrakte und theoretische Transformation der Mathematik nun auch für physikalische Mikroarrays auf Basis von DNA oder RNA möglich. It was completely surprising that it was recognized by the invention that the static form of the original microarray can be changed and reformatted by means of transformation via a cavity transfer. Analogous to a Fourier transformation, basically any geometry can be generated by the invention. Affine or partially affine mathematical mappings can now be applied to the geometry of an array and its biomolecules. Likewise, additions by DNA or other biomolecules may take place (eg, by ligation or prolonging amplification) as well as subtractions (eg, by PCR with a primer producing a truncated DNA product, or by a restriction enzyme which directs the DNA to a particular one Sequence cuts off). Thus, will The abstract and theoretical transformation of mathematics is now also possible for physical microarrays based on DNA or RNA.
Die Vorteile einer T ransformation 1. Ordnung (Durchführung einer ersten T ransformation) sind vielseitig. So kann z.B. ein Mikroarray in gewünschter Spotform vervielfacht werden. Bisherige Arrays sind herstellungsbedingt„rund“. Durch die Erfindung sind beliebige Strukturen möglich. So konnten beispielsweise in 1. Ordnung ein Array aus Sechsecken erstellt (vgl. auch Fig. 1 ) und dann in sukzessiven Transformationen wieder in Kreise umgewandelt werden. Selbiges konnte auch anders herum gezeigt werden. Weiterhin sind klassisch hergestellte Mikroarrays stets durch den Herstellungsprozess inhomogen innerhalb des einzelnen Spots. Der Transformationsprozess der Erfindung ist hingegen über die gesamte Fläche homogen, wodurch sehr homogene Spots mit sehr genauer und fast beliebiger Geometrie entstehen. Eine Anwendung liegt daher in der Qualitätsverbesserung von Arrays. So können Mikroarrayhersteller einen Masterarray produzieren und dann die Transformation nutzen, um geometrisch hochwertige und homogene Arrays 1 . Ordnung zu erzeugen. Dabei ist die geometrische Qualität des Masterarrays gering, nur die DNA-Güte hoch, was zu Arrays 1 . Ordnung von hoher Güte und Geometrie bzw. Struktur führt. The advantages of a first-order transformation (carrying out a first transformation) are versatile. Thus, e.g. a microarray in the desired spot shape be multiplied. Previous arrays are production-related "round". By the invention, any structures are possible. For example, an array of hexagons could be created in the first order (see also Fig. 1) and then converted back into circles in successive transformations. The same could also be shown the other way around. Furthermore, classically produced microarrays are always inhomogeneous within the single spot due to the manufacturing process. The transformation process of the invention, however, is homogeneous over the entire surface, resulting in very homogeneous spots with very precise and almost arbitrary geometry. An application is therefore in the quality improvement of arrays. This allows microarray manufacturers to produce a master array and then use the transformation to create high-quality and homogeneous arrays 1. To create order. The geometric quality of the master array is low, only the DNA quality high, resulting in arrays 1. Order of high quality and geometry or structure leads.
Ein weiterer Vorteil ist, dass mehrere Spots verschmolzen werden können, um so entweder eine Mischung an Biomolekülen wie DNA (2 oder mehr Spezies pro Spot) oder ein Konstrukt (z.B. Fusions-DNA) auf dem Spot zu erzeugen. Eine entsprechende Darstellung ist in Figur 2 gezeigt. Another advantage is that multiple spots can be fused together to produce either a mixture of biomolecules such as DNA (2 or more species per spot) or a construct (e.g., fusion DNA) on the spot. A corresponding representation is shown in FIG.
Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass ein Spot in mehrere kleine Spots zerlegt werden kann. Dies erlaubt genauere Messungen, höhere Homogenität, bessere Bindungskinetik (nach Ekins, Ambient Analyte Theory) und damit eine höhere Signalausbeute. Another advantage is that a spot can be split into several small spots. This allows more accurate measurements, higher homogeneity, better binding kinetics (according to Ekins, Ambient Analyte Theory) and thus a higher signal yield.
Der Transformationsprozess benötigt neben dem Ausgangsarray nur einen Kavitätenchip, etwas Reaktionsmix, z.B. PCR-Mix (in der Regel zwischen 5 und 10 pl) und eine Kopieroberfläche auf der das Array 1. Ordnung aufgetragen wird. Dadurch wird die Herstellung einzigartiger The transformation process requires only one cavity chip in addition to the output array, some reaction mix, e.g. PCR mix (usually between 5 and 10 pl) and a copy surface on which the 1st order array is applied. This makes the production more unique
Geometrien (bisher nicht technisch umsetzbar) möglich. Außerdem können Geometrien, die bisher technisch zwar eingeschränkt möglich waren nun wesentlich kostengünstiger hergestellt werden. Auch das Herstellen von einer Vielzahl an Replikationen ist nun problemlos möglich. Die Umformatierung beliebiger Geometrien, welche bisher technisch nicht möglich war, mittels geometrischer T ransformation, die einer affinen Abbildung in der Mathematik entspricht Geometries (not yet technically feasible) possible. In addition, geometries that were hitherto limited in terms of technology can now be produced much more cost-effectively. Also, the production of a variety of replications is now easily possible. The reformatting of arbitrary geometries, which was not technically possible up to now, by means of geometric transformation corresponding to affine mapping in mathematics
(Scherung, Streckung, Rotation, Scherstreckung), oder auch nur Anwendung dieser Operationen auf Teilbereiche oder einzelne Punkte, ist ein weiterer Vorteil der Erfindung, der eine Vielzahl an möglichen Anwendungen zulässt. (Shearing, stretching, rotation, shear stretching), or even just applying these operations to subregions or individual points, is another advantage of the invention, which allows a variety of possible applications.
Es kann auch bevorzugt sein, dass die Vorrichtung einen Satz an Transformationsmatrizen in Form von Kavitätenchips umfasst, die je nach Reihenfolge ihrer Anwendung eine affine It may also be preferred that the device comprises a set of transformation matrices in the form of cavity chips, which depending on the order of their application, an affine
Abbildung des Arrays erzeugen. Damit ist z.B. gemeint, dass die Vorrichtung diverse
Einzelmatrizen (auf entsprechenden Kavitätenchips) haben kann, wobei eine verschiebt, eine andere vergrößert, die nächste verkleinert. Auch möglich ist, z.B. immer alles auf die gleiche Größe vergrößert/verkleinert wird, danach verschoben und dann wiederum alles auf die alte Größe zurück gebracht wird. Dieser Satz an Transformationsmatrizen ist dann ein Satz an Einzeloperationen, die sich gegenseitig ersetzen können. Wie bei mathematischen affinen Abbildung, sprich eine Punktspiegelung kann man auch als Spiegelung gefolgt von einer 180° Drehung erfolgen. Create an image of the array. This means, for example, that the device is diverse Single matrices (on corresponding cavity chips) may have, with one moves, another enlarged, the next reduced. It is also possible, for example, always everything to the same size enlarged / reduced, then moved and then everything is brought back to the old size. This set of transformation matrices is then a set of individual operations that can replace each other. As with mathematical affine mapping, that is, a point mirroring can also be done as a reflection followed by a 180 ° rotation.
Es ist außerdem bevorzugt, dass das Transformationsverfahren zur Herstellung von DNA, RNA oder Proteinenl verwendet wird. Bevorzugt ist es möglich neue DNA-Kombinationen zu generieren. It is also preferred that the transformation method be used to produce DNA, RNA or proteins. It is preferably possible to generate new DNA combinations.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung einer erfindungsgemäßen Transformation, umfassend In a further preferred embodiment, the invention relates to a device for carrying out a transformation according to the invention, comprising
• einen Kavitätenchip umfassend eine Transfermatrix, A cavity chip comprising a transfer matrix,
• mindestens ein Vorlagenarray und • at least one template array and
• mindestens eine Arrayoberfläche. • at least one array surface.
Es ist dabei bevorzugt, dass die Transfermatrix die Reaktion räumlich begrenzt. Dies erfolgt insbesondere durch die Kavitäten und deren Umrandungen. It is preferred that the transfer matrix spatially limits the reaction. This is done in particular by the cavities and their borders.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform betrifft die Erfindung einen Kavitätenchip zur Durchführung eines Transformationsverfahrens der Erfindung. In a particularly preferred embodiment, the invention relates to a cavity chip for carrying out a transformation process of the invention.
Folgende Spezifikationen sind für die Kavitätenchips besonders geeignet. Diese Ausführungen sind sowohl für das beanspruchten Verfahren als auch die beanspruchte Vorrichtung anwendbar. The following specifications are particularly suitable for the cavity chips. These embodiments are applicable to both the claimed method and the claimed device.
Es ist besonders bevorzugt, dass die Kavitäten des Kavitätenchips ein Volumen von unter 100 nl umfassen. Besonders bevorzugt sind Volumina von unter 50 nl, ganz besonders bevorzugt von unter 20 nl. Es war überraschend, dass besonders gute Ergebnisse auch mit Volumina im Pikoliterbereich erzielt werden konnten. It is particularly preferred that the cavities of the cavity chip comprise a volume of less than 100 nl. Particularly preferred are volumes of less than 50 nl, most preferably less than 20 nl. It was surprising that particularly good results could also be achieved with volumes in the picoliter range.
Der Fachmann weiß, dass für bestimmte Anwendungen aber auch größere Kavitäten von Vorteil sein können, wenn z.B. Zellen oder Gewebe als Ausgangsmaterial verwendet werden. It will be understood by those skilled in the art that for certain applications, however, even larger cavities may be beneficial, e.g. Cells or tissues are used as starting material.
Die Form der Kavitäten kann beliebig gewählt werden. Runde, hexagonale oder dreieckige Formen sind möglich. Grundsätzlich kann aber jede beliebige Form zum Einsatz kommen. The shape of the cavities can be chosen arbitrarily. Round, hexagonal or triangular shapes are possible. In principle, however, any desired shape can be used.
Die Folgenden Spezifikationen haben in Tests besonders gute Ergebnisse erzielt: The following specifications have achieved particularly good results in tests:
4000er
4000
Beispiele und Figuren Examples and figures
Folgenden wird die Erfindung an Hand von Figuren und Beispielen erläutern ohne dabei auf diese beschränkt zu sein. The invention will be explained below with reference to figures and examples without being restricted to them.
Beispiel 1 : Sequenz-, Form- und oder Raumtransformation a) ST Addition von unterschiedlichen Informationen pro Spot Example 1: Sequence, shape and / or space transformation a) ST Addition of different information per spot
Schritt 1 : Step 1 :
Zwei Primärarrays bilden die Ausganslage. Hierbei können beide Arrays gleiche oder auch unterschiedliche Spotgrößen, -Symmetrien und -abstände besitzen. Die Orientierung der DNA-
Moleküle an der Oberfläche wie auch die Länge der DNA spielt hierbei keine Rolle. Die einzige Gemeinsamkeit beider Arrays besteht darin, dass alle DNA-Moleküle eine gleiche, kurze homologe DNA Sequenz von ca. 10-30 Basenpaaren besitzen müssen, ein sog. Two primary arrays form the initial position. Both arrays may have the same or different spot sizes, symmetries and spacings. The orientation of the DNA Molecules on the surface as well as the length of the DNA does not matter. The only common feature of both arrays is that all DNA molecules must have a similar, short homologous DNA sequence of about 10-30 base pairs, a so-called.
Überlappungsbereich. The overlapping area.
Schritt 2: Step 2:
Zunächst wird mittels eines Überträgerchips und einem konventionellen PCR-Mix mittels PCR ein Scan von einem der Primärarrays hergestellt. Nach Vollendung der PCR befinden sich die gleichen DNA-Spezies im Überträgerchip, die auch auf dem Ausgangs DNA-Mikroarray vorhanden sind. Ihre räumliche Anordnung ist ebenfalls erhalten geblieben. Hierdurch wurde also sowohl die räumliche, als auch die inhaltliche Information des Primärarrays in den Überträgerchip übertragen. First, a scan of one of the primary arrays is made by PCR using a transmitter chip and a conventional PCR mix. After completion of the PCR, the same DNA species are present in the transmitter chip, which are also present on the starting DNA microarray. Their spatial arrangement has also been preserved. As a result, both the spatial, as well as the content information of the primary array was thus transferred to the Überträgerchip.
Schritt 3: Step 3:
Dieser Überträgerchip wird anschließend auf das zweite Primärarray gelegt. Abermals wird ein Scan mittels eines Standard PCR-Mixes durchgeführt. Aufgrund der homologen Sequenzen beider ursprünglicher DNA Mikroarrays sind nun zwei Szenarien vorstellbar. Trifft ein DNA-Spot des zweiten Mikroarrays auf eine noch leere Kavität, so werden die DNA-Moleküle wie bereits beim ersten Scan ohne weiteres in diese Kavität übertragen. Trifft der DNA Spot allerdings auf eine Kavität, in der bereits die DNA des ersten Ausgangsarrays vorhanden ist, so werden beide DNA-Stränge an der Kavitätenoberfläche miteinander fusioniert. Es entstehen neue DNA- Moleküle, die sowohl die Informationen des ersten, wie auch des zweiten ursprünglichen DNA- Mikroarrays tragen. This transmitter chip is then placed on the second primary array. Again, a scan is performed using a standard PCR mix. Due to the homologous sequences of both original DNA microarrays, two scenarios are conceivable. If a DNA spot of the second microarray encounters an empty cavity, the DNA molecules are readily transferred into this cavity as in the first scan. However, if the DNA spot hits a cavity in which the DNA of the first starting array already exists, then both DNA strands are fused together on the cavity surface. New DNA molecules are created that carry both the information from the first and the second original DNA microarray.
Schritt 4: Step 4:
Die gespeicherte Information in Form von fusionierten DNA-Molekülen oder ursprünglichen DNA- Molekülen des Überträgerchips kann mittels PCR und einem Standard PCR-Mix auf eine neue, leere, speziell funktionalisierte Oberfläche kopiert werden. b) ST Addition von gleicher Information pro Spot The stored information in the form of fused DNA molecules or original DNA molecules of the transmitter chip can be copied by PCR and a standard PCR mix to a new, empty, specially functionalized surface. b) ST Addition of the same information per spot
Mit diesem Schritt können flächig oder bei einer Vielzahl von Spots identische DNA-Abschnitte hinzugefügt, oder ggf. weggenommen werden. Das flächige Einbringen kann durch ein Array geschehen, welches deutlich größere Strukturen als die Transfermatrix besitzt, oder über die gesamte Transfermatrix, wenn man die DNA um die z.B. verlängert werden soll, direkt in Lösung einbringt. With this step, identical DNA sections can be added to the surface or, in the case of a multiplicity of spots, or, if necessary, removed. The planar introduction can be done by an array which has significantly larger structures than the transfer matrix, or over the entire transfer matrix, when the DNA is coated around the e.g. is to be extended, brings directly into solution.
Schritt 1 : Step 1 :
Es wird ein Primärarray benutzt, welches eine gewisse Anzahl unterschiedlicher DNA-Moleküle enthält. Die Spotgröße, -Symmetrie, -abstände, -menge spielt hierbei keine Rolle, wie auch die
Orientierung der DNA-Moleküle auf der Oberfläche. A primary array is used which contains a certain number of different DNA molecules. The spot size, symmetry, distances, and quantity does not matter, as well as the Orientation of the DNA molecules on the surface.
Schritt 2: Step 2:
Um den nachfolgenden Scan durchzuführen, kann zwischen zwei verschiedenen Überträgerchips gewählt werden: To perform the following scan, you can choose between two different transmitter chips:
i) Ein Überträgerchip, welcher lediglich mit den für die nachfolgende PCR benötigten Primern beschichtet wurde. i) A transmitter chip which has only been coated with the primers required for the subsequent PCR.
ii) Ein Überträgerchip, bei dem 5’ der Primersequenz eine zusätzliche DNA-Sequenz beliebiger Länge vorhanden ist. ii) A transmitter chip in which 5 'of the primer sequence an additional DNA sequence of any length is present.
Weiterhin kann eine zusätzliche DNA Sequenz eingebracht werden, indem diese in Lösung hinzugegeben wird, so dass die gesamte Transferfläche um diese DNA Sequenz verlängert bzw. verändert wird. Furthermore, an additional DNA sequence can be introduced by adding it in solution, so that the entire transfer area is extended or changed by this DNA sequence.
Zunächst wird mittels eines Überträgerchips und einem konventionellen PCR-Mix mittels PCR ein Scan von einem der Primärarrays hergestellt. Nach Vollendung der PCR befinden sich die gleichen DNA-Spezies im Überträgerchip, die auch auf dem Ausgangs-DNA-Mikroarray vorhanden sind. Ihre räumliche Anordnung ist ebenfalls erhalten geblieben. Hierdurch wurde also sowohl die räumliche, als auch die inhaltliche Information des Primärarrays in den Überträgerchip übertragen. First, a scan of one of the primary arrays is made by PCR using a transmitter chip and a conventional PCR mix. After completion of the PCR, the same DNA species are present in the transmitter chip, which are also present on the starting DNA microarray. Their spatial arrangement has also been preserved. As a result, both the spatial, as well as the content information of the primary array was thus transferred to the Überträgerchip.
Schritt 3: Step 3:
Der Überträgerchip wird nun mit frischem DNA-Mix und einem Template befüllt, welches homologe Sequenzen zu den bereits vorhandenen DNA Molekülen besitzt. Dieses Template wird im Überfluss zugegeben, so dass dieses in der nachfolgenden Fusion-PCR nicht verarmen kann. Der Kavitätenchip wird nun mit einer nicht funktionalisierten Oberfläche verschlossen und anschließend wird eine Standard PCR durchgeführt. The transmitter chip is now filled with fresh DNA mix and a template, which has homologous sequences to the already existing DNA molecules. This template is added in abundance, so that it can not impoverish in the subsequent fusion PCR. The cavity chip is now sealed with a non-functionalized surface and then a standard PCR is performed.
Schritt 4: Step 4:
Die gespeicherte Information in Form von DNA-Molekülen des Überträgerchips kann mittels PCR und eines Standard PCR-Mix auf eine neue, leere, speziell funktionalisierte Oberfläche kopiert werden. c) ST Subtraktion The stored information in the form of DNA molecules of the transmitter chip can be copied to a new, empty, specially functionalized surface by means of PCR and a standard PCR mix. c) ST subtraction
Schritt 1 : Step 1 :
Es wird Primärarray benutzt, welches eine gewisse Anzahl unterschiedlicher DNA-Moleküle enthält. Die Spotgröße, -Symmetrie, -abstände, -menge spielt hierbei keine Rolle, wie auch die Orientierung der DNA-Moleküle auf der Oberfläche.
Schritt 2: It is used primary array, which contains a certain number of different DNA molecules. The spot size, symmetry, spacings and quantity are irrelevant, as well as the orientation of the DNA molecules on the surface. Step 2:
Zunächst wird mittels eines Überträgerchips und einem konventionellen PCR-Mix mittels PCR ein Scan von einem der Primärarrays hergestellt. Die DNA des Primärarrays kann hierbei mittels PCR durch die Wahl der verwendeten Primer in Volllänge oder Teillänge in den Überträgerchip übertragen werden. Die räumliche Information bleibt vollständig erhalten. First, a scan of one of the primary arrays is made by PCR using a transmitter chip and a conventional PCR mix. In this case, the DNA of the primary array can be transferred by PCR into the transmitter chip by selecting the primer used in full length or partial length. The spatial information is completely preserved.
Schritt 3: Step 3:
Die gespeicherte Information in Form von DNA Molekülen des Überträgerchips kann mittels PCR und eines Standard PCR-Mix auf eine neue, leere, speziell funktionalisierte Oberfläche kopiert werden. d) RT Zoom The stored information in the form of DNA molecules of the transmitter chip can be copied by PCR and a standard PCR mix to a new, empty, specially functionalized surface. d) RT Zoom
Schritt 1 : Step 1 :
Es wird Primärarray benutzt, welches eine gewisse Anzahl unterschiedlicher DNA-Moleküle enthält. Die Spotgröße, -Symmetrie, -abstände, -menge spielt hierbei keine Rolle, wie auch die Orientierung der DNA Moleküle auf der Oberfläche. It is used primary array, which contains a certain number of different DNA molecules. The spot size, symmetry, distances, and quantity are irrelevant, as well as the orientation of the DNA molecules on the surface.
Schritt 2: Step 2:
Zunächst wird mittels eines Überträgerchips und einem konventionellen PCR-Mix mittels PCR ein Scan von einem der Primärarrays hergestellt. Hierbei wird die Geometrie und Anordnung des Überträgerchips so gewählt, dass diese jener des Ausgangs Mikroarray gleich ist. Hierdurch kommt je ein DNA Punkt des Ausgangs Arrays unter einer einzigen Kavität zu liegen. Der Kavitätendurchmesser wird so gewählt, dass die Kavität entweder größer oder kleiner ist als der DNA Spot des Primärarrays. Nach Vollendung der PCR wurde die räumliche und inhaltliche Information des ursprünglichen DNA-Spots in je eine Kavität des Überträgerchips übertragen. First, a scan of one of the primary arrays is made by PCR using a transmitter chip and a conventional PCR mix. Here, the geometry and arrangement of the transmitter chip is chosen so that it is equal to that of the output microarray. As a result, a DNA point of the output array ever comes to lie under a single cavity. The cavity diameter is chosen so that the cavity is either larger or smaller than the DNA spot of the primary array. After completion of the PCR, the spatial and content information of the original DNA spot was transferred into each one cavity of the transmitter chip.
Schritt 3: Step 3:
Die gespeicherte Information in Form von DNA-Molekülen des Überträgerchips kann mittels PCR und eines Standard PCR-Mix auf eine neue, leere, speziell funktionalisierte Oberfläche kopiert werden. e) RT Drehung The stored information in the form of DNA molecules of the transmitter chip can be copied to a new, empty, specially functionalized surface by means of PCR and a standard PCR mix. e) RT rotation
Schritt 1 : Step 1 :
Es wird Primärarray benutzt, welches eine gewisse Anzahl unterschiedlicher DNA Moleküle enthält. Die Spotgröße, -Symmetrie, -abstände, -menge spielt hierbei keine Rolle, wie auch die Orientierung der DNA-Moleküle auf der Oberfläche.
Schritt 2: It is used primary array, which contains a certain number of different DNA molecules. The spot size, symmetry, spacings and quantity are irrelevant, as well as the orientation of the DNA molecules on the surface. Step 2:
Zunächst wird mittels eines Überträgerchips und einem konventionellen PCR-Mix mittels PCR ein Scan von einem der Primärarrays hergestellt. Nach Vollendung der PCR befinden sich die gleichen DNA-Spezies im Überträgerchip, die auch auf dem Ausgangs DNA-Mikroarray vorhanden sind. Ihre räumliche Anordnung ist ebenfalls erhalten geblieben. Hierdurch wurde also sowohl die räumliche, als auch die inhaltliche Information des Primärarrays in den Überträgerchip übertragen. First, a scan of one of the primary arrays is made by PCR using a transmitter chip and a conventional PCR mix. After completion of the PCR, the same DNA species are present in the transmitter chip, which are also present on the starting DNA microarray. Their spatial arrangement has also been preserved. As a result, both the spatial, as well as the content information of the primary array was thus transferred to the Überträgerchip.
Schritt 3: Step 3:
Der Überträgerchip wird um einen bestimmten Winkel und um einen bestimmten Punkt gedreht. Schritt 4: The transmitter chip is rotated by a certain angle and by a certain point. Step 4:
Die gespeicherte Information in Form von DNA-Molekülen des Überträgerchips kann mittels PCR und eines Standard PCR-Mix auf eine neue, leere, speziell funktionalisierte Oberfläche kopiert werden. The stored information in the form of DNA molecules of the transmitter chip can be copied to a new, empty, specially functionalized surface by means of PCR and a standard PCR mix.
f) RT Verschiebung f) RT shift
Schritt 1 : Step 1 :
Es wird Primärarray benutzt, welches eine gewisse Anzahl unterschiedlicher DNA-Moleküle enthält. Die Spotgröße, -Symmetrie, -abstände, -menge spielt hierbei keine Rolle, wie auch die Orientierung der DNA-Moleküle auf der Oberfläche. It is used primary array, which contains a certain number of different DNA molecules. The spot size, symmetry, spacings and quantity are irrelevant, as well as the orientation of the DNA molecules on the surface.
Schritt 2: Step 2:
Zunächst wird mittels eines Überträgerchips und einem konventionellen PCR-Mix mittels PCR ein Scan von einem der Primärarrays hergestellt. Nach Vollendung der PCR befinden sich die gleichen DNA-Spezies im Überträgerchip, die auch auf dem ausgangs DNA-Mikroarray vorhanden sind. Ihre räumliche Anordnung ist ebenfalls erhalten geblieben. Hierdurch wurde also sowohl die räumliche, als auch die inhaltliche Information des Primärarrays in den Überträgerchip übertragen. First, a scan of one of the primary arrays is made by PCR using a transmitter chip and a conventional PCR mix. After completion of the PCR, the same DNA species are present in the transmitter chip, which are also present on the output DNA microarray. Their spatial arrangement has also been preserved. As a result, both the spatial, as well as the content information of the primary array was thus transferred to the Überträgerchip.
Schritt 3: Step 3:
Der Überträgerchip wird um eine bestimmte Länge in x- oder y-Richtung verschoben. The transmitter chip is shifted by a certain length in the x or y direction.
Schritt 4: Step 4:
Die gespeicherte Information in Form von DNA Molekülen des Überträgerchips kann mittels PCR und eines Standard PCR-Mix auf eine neue, leere, speziell funktionalisierte Oberfläche kopiert werden.
g) RT Zusammenführung The stored information in the form of DNA molecules of the transmitter chip can be copied by PCR and a standard PCR mix to a new, empty, specially functionalized surface. g) RT merge
Schritt 1 : Step 1 :
Es wird Primärarray benutzt, welches eine gewisse Anzahl unterschiedlicher DNA Moleküle enthält. Die Spotgröße, -Symmetrie, -abstände, -menge spielt hierbei keine Rolle, wie auch die Orientierung der DNA Moleküle auf der Oberfläche. It is used primary array, which contains a certain number of different DNA molecules. The spot size, symmetry, distances, and quantity are irrelevant, as well as the orientation of the DNA molecules on the surface.
Schritt 2: Step 2:
Zunächst wird mittels eines Überträgerchips und einem konventionellen PCR-Mix mittels PCR ein Scan von einem der Primärarrays hergestellt. Hierbei wird die Struktur des Überträgerchips so gewählt, dass eine beliebige Anzahl von Punkten des Primärarrays in die gleiche Struktur des Überträgerchips übertragen wird. Die Biomoleküle werden dadurch nicht fusioniert, sondern lediglich in der gleichen Struktur gemischt. Nach Vollendung der PCR befinden sich die First, a scan of one of the primary arrays is made by PCR using a transmitter chip and a conventional PCR mix. Here, the structure of the transmitter chip is chosen so that any number of points of the primary array is transferred to the same structure of the transmitter chip. The biomolecules are not fused thereby, but merely mixed in the same structure. After completion of the PCR are the
Mischungen oder auch einzelne DNA-Spezies in den Strukturen des Überträgerchips. Mixtures or individual DNA species in the structures of the transmitter chip.
Schritt 3: Step 3:
Die gespeicherte Information in Form von DNA Molekülen des Überträgerchips kann mittels PCR und eines Standard PCR-Mix auf eine neue, leere, speziell funktionalisierte Oberfläche kopiert werden. Das erhaltene Sekundärarrays besteht nun aus gemischten Spots. Auch einzelne monoklonare Spots können je nach Wahl der Struktur des Überträgerchips noch vorhanden sein. h) RT Auflösung The stored information in the form of DNA molecules of the transmitter chip can be copied by PCR and a standard PCR mix to a new, empty, specially functionalized surface. The resulting secondary array now consists of mixed spots. Individual monoclonal spots may also be present depending on the choice of the structure of the transmitter chip. h) RT resolution
Schritt 1 : Step 1 :
Es wird Primärarray benutzt, welches eine gewisse Anzahl unterschiedlicher DNA Moleküle enthält. Die Spotgröße, -Symmetrie, -abstände, -menge spielt hierbei keine Rolle, wie auch die Orientierung der DNA Moleküle auf der Oberfläche. It is used primary array, which contains a certain number of different DNA molecules. The spot size, symmetry, distances, and quantity are irrelevant, as well as the orientation of the DNA molecules on the surface.
Schritt 2: Step 2:
Zunächst wird mittels eines Überträgerchips und einem konventionellen PCR-mix mittels PCR ein Scan von einem der Primärarrays hergestellt. Hierbei wird die Struktur des Überträgerchips so gewählt, dass entweder mehr oder weniger Strukturen verglichen zum Primärarray vorhanden sind. Nach Vollendung der PCR wurde dann z.B. ein Spot des Primärarrays in viele kleinere Strukturen des Überträgerchips übertragen (höhere Auflösung), oder es wurden mehrere Spots des Primärarrays in eine größere Struktur des Überträgerchips übertragen (niedrigere Auflösung) First, a scan of one of the primary arrays is made by means of a transmitter chip and a conventional PCR mix by means of PCR. Here, the structure of the transmitter chip is chosen so that either more or fewer structures compared to the primary array are available. After completion of the PCR, then, e.g. transfer a spot of the primary array into many smaller structures of the transmitter chip (higher resolution), or transfer multiple spots of the primary array into a larger structure of the transmitter chip (lower resolution)
Schritt 3: Step 3:
Die gespeicherte Information in Form von DNA Molekülen des Überträgerchips kann mittels PCR und eines Standard PCR-Mix auf eine neue, leere, speziell funktionalisierte Oberfläche kopiert werden. Das erhaltene Sekundärarrays besteht nun aus mehr oder weniger Spots verglichen mit
dem Primärarray. i) FT The stored information in the form of DNA molecules of the transmitter chip can be copied by PCR and a standard PCR mix to a new, empty, specially functionalized surface. The resulting secondary array now consists of more or fewer spots compared to the primary array. i) FT
Schritt 1 : Step 1 :
Es wird Primärarray benutzt, welches eine gewisse Anzahl unterschiedlicher DNA Moleküle enthält. Die Spotgröße, -Symmetrie, -abstände, -menge spielt hierbei keine Rolle, wie auch die Orientierung der DNA Moleküle auf der Oberfläche. It is used primary array, which contains a certain number of different DNA molecules. The spot size, symmetry, distances, and quantity are irrelevant, as well as the orientation of the DNA molecules on the surface.
Schritt 2: Step 2:
Zunächst wird mittels eines Überträgerchips und einem konventionellen PCR-Mix mittels PCR ein Scan von einem der Primärarrays hergestellt. Hierbei wird die Struktur des Überträgerchips so gewählt, dass diese eine andere Form als die Spots des Primärarrays besitzen (z.B. Sterne oder längliche Spots). Nach Vollendung der PCR befinden sich die gleichen DNA-Spezies im First, a scan of one of the primary arrays is made by PCR using a transmitter chip and a conventional PCR mix. Here, the structure of the transmitter chip is chosen to have a different shape than the spots of the primary array (e.g., stars or elongated spots). After completion of the PCR, the same DNA species are in the
Überträgerchip, die auch auf dem Ausgangs DNA-Mikroarray vorhanden sind. Ihre räumliche Anordnung ist ebenfalls erhalten geblieben. Hierdurch wurde also sowohl die räumliche, als auch die inhaltliche Information des Primärarrays in den Überträgerchip übertragen. Transmitter chip, which are also present on the initial DNA microarray. Their spatial arrangement has also been preserved. As a result, both the spatial, as well as the content information of the primary array was thus transferred to the Überträgerchip.
Schritt 3: Step 3:
Die gespeicherte Information in Form von DNA Molekülen des Überträgerchips kann mittels PCR und eines Standard PCR-Mix auf eine neue, leere, speziell funktionalisierte Oberfläche kopiert werden. Das erhaltene Sekundärarrays besteht nun aus Spots anderer Form verglichen mit dem Primärarray. The stored information in the form of DNA molecules of the transmitter chip can be copied by PCR and a standard PCR mix to a new, empty, specially functionalized surface. The resulting secondary array now consists of spots of different shape compared to the primary array.
Figur 1. regressive Transformation (groß zu klein). Ein Array aus Sechsecken, wurde in kleinere Kreise transformiert. Die Abbildung zeigt einen Ausschnitt von 2 Hexagons. Figure 1. Regressive transformation (big to small). An array of hexagons has been transformed into smaller circles. The illustration shows a section of 2 hexagons.
Figur 2. progressive Transform (klein zu groß) Das Array links wurde mit deutlich größeren Kavitäten in ein Array mit großen Spots (rechts) transformiert. Je nach genauer Lage der ursprünglichen Spots können dabei verschiedene Produkte erzeugt werden. Im Beispiel des unteren Kastens wurde der untere rote Punkt (A) in einen roten Kreis (A) mit deutlich größerem Durchmesser transformiert. Der rote Punkt (A) darüber wurde jedoch mit dem darüber liegenden grünen Punkt (C) zu einem gelben Kreis (B) fusioniert. Direkt über diesem Kasten befindet sich ein grüner Spot (links klein, rechts groß), der wiederum in Reinform transformiert wurde. Im Falle des Kastens oben links wurden 2 grüne (C) und 2 rote Spots (A) (links) in eine Ampel (rot (A), gelb (B), grün (C) (rechts)) umgewandelt. Figure 2. progressive transform (small to large) The array on the left was transformed into a large spot array (right) with much larger cavities. Depending on the exact location of the original spots different products can be produced. In the example of the lower box, the lower red dot (A) was transformed into a red circle (A) with a much larger diameter. The red dot (A) above, however, was fused with the overlying green dot (C) to a yellow circle (B). Directly above this box is a green spot (small on the left, large on the right), which in turn was transformed into a pure form. In the case of the box on the top left, 2 green (C) and 2 red spots (A) (left) were converted to a traffic light (red (A), yellow (B), green (C) (right)).
Figur 3. Allokation der Transformation Die Daten aus Figur 2 wurden hier überlagert um die Transformation klarer darzustellen. Man sieht nun sehr gut, welche kleinen Spots als Keime der
größeren Spots beigetragen haben. Einige der kleinen roten Spots haben in diesem Experiment kein Signal erzeugt. Für die grünen Punkte gibt es eine deutlich klarere Zuordnung. FIG. 3. Allocation of the transformation The data from FIG. 2 were superimposed here in order to render the transformation clearer. One sees very well, which small spots as germs of the have contributed to larger spots. Some of the small red spots did not produce any signal in this experiment. For the green points, there is a much clearer allocation.
Die Figuren 4 bis 17 zeigen besonders bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Figures 4 to 17 show particularly preferred embodiments of the invention.
Figur 4: Positionsoptimierung Figure 4: position optimization
Problem: Mikroarrays werden gedruckt, d.h. winzige Tropfen kommen auf eine Oberfläche und sind danach unterschiedlich groß (A), nicht genau auf Position (B) oder inhomogen bzw. haben eine unregelmäßige Form (C) etc. D.h. die automatisierte Erfassung der Spots ist schwer. Problem: Microarrays are printed, i. tiny drops come to a surface and are then different in size (A), not exactly in position (B) or inhomogeneous or have an irregular shape (C), etc. Automated capture of spots is difficult.
Lösung: es wird eine Transformation durchgeführt, die die optimale Ortsposition enthält. Solution: A transformation is performed that contains the optimal position.
Figur 5: Strukturoptimierung FIG. 5: structure optimization
Problem: Mikroarrays werden gedruckt, d.h. die Tropfen haben meist rundliche bis ovale Formen, nun lassen sich beliebige Strukturen erzeugen Problem: Microarrays are printed, i. the drops usually have roundish to oval shapes, now any structures can be created
Lösung: es wird eine Transformation durchgeführt, die jedem Sport eine individuelle Form gibt, auch solche die bisher nicht herstellbar sind. Solution: A transformation is carried out which gives each sport an individual form, even those that can not yet be produced.
Figur 6: Verkleinerung 1 FIG. 6: Reduction 1
Problem: Das Format von Arrays ist durch den Druckprozess festgelegt, d.h. die Größe der Spots ist durch die minimale Abgabemenge nach unten limitiert, ebenso deren Abstand um Verlaufen der Spots zu vermeiden Problem: The format of arrays is determined by the printing process, i. The size of the spots is limited by the minimum delivery amount down, as well as their distance to avoid bleeding the spots
Lösung: Es können nun kleinere Spots in der Transformation erzeugt werden. Solution: You can now create smaller spots in the transformation.
Figur 7 und 8: Verkleinerung 2a und 2b Figures 7 and 8: reduction 2a and 2b
Problem: Das Format von Arrays ist durch den Druckprozess festgelegt, d.h. die Größe der Spots ist durch die minimale Abgabemenge nach unten limitiert, ebenso deren Abstand um Verlaufen der Spots zu vermeiden Problem: The format of arrays is determined by the printing process, i. The size of the spots is limited by the minimum delivery amount down, as well as their distance to avoid bleeding the spots
Lösung: Es werden zwei Transformationen durchgeführt, eine die alles„zusammenzieht“ und dann eine die kleinere Spots macht. Solution: Two transformations are performed, one that "pulls everything together" and then makes one the smaller spots.
Figur 9: Vergrößerung 1 FIG. 9: Enlargement 1
Problem: Das Format von Arrays ist durch den Druckprozess festgelegt, d.h. die Größe der Spots ist durch die maximale Abgabemenge und Konzentration nach oben limitiert. Problem: The format of arrays is determined by the printing process, i. the size of the spots is limited by the maximum delivery amount and concentration upwards.
Lösung: es können nun größere Spots in der Transformation erzeugt werden. Solution: larger spots can now be created in the transformation.
Figur 10, 11 und 12: Vergrößerung 2a, 2b und 2c Figures 10, 11 and 12: magnification 2a, 2b and 2c
Problem: Das Format von Arrays ist durch den Druckprozess festgelegt, d.h. die Größe der Spots ist durch die maximale Abgabemenge und Konzentration nach oben limitiert.
Lösung: in einer ersten Transformation werden die Spots auf Abstand gebracht, danach zunächst verkleinert (!), Um Kontaminationen zu vermeiden und dann vergrößert. Problem: The format of arrays is determined by the printing process, ie the size of the spots is limited by the maximum output quantity and concentration. Solution: in a first transformation, the spots are spaced, then first reduced in size (!), To avoid contamination and then enlarged.
Figur 13 und 14: Positionstausch a und b Figures 13 and 14: Position exchange a and b
Problem: Das Format des Arrays ist nach dem Drucken festgelegt, eine Änderung der Position bedingt automatisch einen Neudruck. Problem: The format of the array is fixed after printing, a position change automatically reprints.
Lösung: In einer ersten Transformation werden die Positionen getauscht und in einer zweiten Transformation dann die Spotgeometrie wiederhergestellt. Solution: In a first transformation, the positions are exchanged and the spot geometry is then restored in a second transformation.
Figur 15: Vereinigung Figure 15: Association
Problem: Die DNA einzelner Spots kann nicht nachträglich fusioniert oder gemischt werden, um damit additive Effekte (wenn z.B. zwei DNAs gemeinsam erst mit einem Protein interagieren), oder allosterische Effekte (wenn eine DNA benötigt wird, um ein Protein zu aktivieren oder von diesem aktiviert wird, das dann an eine andere DNA bindet z.B. Initiationssequenzen oder der Iac--Promotor oder lac-Repressor). Problem: The DNA of individual spots can not be subsequently fused or mixed to allow for additive effects (for example, when two DNAs together first interact with a protein), or allosteric effects (when a DNA is needed to activate or activate a protein) which then binds to another DNA, eg, initiation sequences or the lac promoter or lac repressor).
Lösung: Es können zwei oder mehr Spots fusioniert werden und die DNA entweder gemischt nebeneinander, oder linear hintereinander Vorkommen. Solution: Two or more spots can be fused and the DNA mixed either side by side, or linearly one after the other.
Figur 16: Aufspaltung FIG. 16: Splitting
Problem: Spots können nachträglich nicht nochmals verkleinert werden, damit dann z.B. ein höheres Signal (bei nichtsättigen Bedingungen) oder eine schnellere Kinetik (ambient analyte Theorie) erreicht werden Problem: Spots can not be resized later, so that a higher signal (in non-saturating conditions) or a faster kinetics (ambient analyte theory) can be achieved
Lösung: In der Transformation wird der Spot in kleinere Spots zerteilt Figur 17: kombinatorische Mischung Solution: In the transformation, the spot is split into smaller spots Figure 17: combinatorial mixture
Problem: Das erzeugen vieler DNA Spots, die jedoch identische Teilsequenzen tragen, ist genauso aufwendig, wie das Erzeugen von völlig unzusammenhängenden Sequenzen Problem: Producing many DNA spots, but carrying identical partial sequences, is just as costly as generating completely disjointed sequences
Lösung: es wird zunächst von einer Vorlage 1 die DNA entnommen, dann von einer Vorlage 2, um dann als Ergebnis eine kombinatorische Mischung zu erzeugen. So ist es möglich mit n und m Spots auf den Original Arrays insgesamt n*m kombinatorische Mischungen zu erzeugen.Solution: The DNA is first taken from a template 1, then from a template 2, to then produce as a result a combinatorial mixture. It is thus possible to generate a total of n * m combinatorial mixtures with n and m spots on the original arrays.
Eine Mischung kann sowohl eine Nebeneinander (mehrere DNA-Sequenzen sind nebeneinander auf der Oberfläche) als auch ein Aneinander (die DNA-Sequenzen sind linear nacheinander aneinander angefügt also verlängert) realisiert werden. Dies kann durch Wahl der Primer und DNA-Sequenzen während des Amplifikationsschrittes der Biochemie realisiert werden (alle Primer identisch = meist nebeneinander und Primer aufeinander abgestimmt = meist aneinander = meist Verlängerungs-PCR). A mixture can be both a juxtaposition (several DNA sequences are side by side on the surface) as well as an Aneinander (the DNA sequences are linearly consecutively attached to each other so extended) realized. This can be achieved by choosing the primers and DNA sequences during the amplification step of the biochemistry (all primers identical = mostly next to each other and primers matched = mostly together = usually extension PCR).
Figuren 18 bis 22 zeigen besonders bevorzugte Vorrichtungen der Erfindung.
Figur 23 zeigt eine schematische Darstellung eines typischen Transformationsprozesses. Figures 18 to 22 show particularly preferred devices of the invention. FIG. 23 shows a schematic representation of a typical transformation process.
Dargestellt ist die Transformation eines kleinen Spots in einen flächenmäßig größeren Spot sowie die Transformation eines flächenmäßig großen Spots in 3 kleiner Spots a: Befüllen des Shown is the transformation of a small spot in a larger area spot as well as the transformation of a spatially large spot in 3 small spots a: filling the
Kavitätenchips mit einem Reaktionsmix, z.B. PCR-Mix oder zellfreiem Expressionssystem und Platzierung des originalen Arrays auf dem Kavitätenchip b: Durchführung einer Kopierreaktion, z.B. einer PCR. c: Öffnen, waschen und blocken des Chips d: Befüllen des Kavitätenchips mit Reaktionsmix und Verschließung dessen mit einer leeren Array-Oberfläche. e: Durchführung einer Kopierreaktion, z.B. einer PCR. f:Waschen und Blocken des neu entstandenen Arrays (Transformiertes Array) und des Kavitätenchips. Cavity chips with a reaction mix, e.g. PCR mix or cell-free expression system and placement of the original array on the cavity chip b: Performing a copying reaction, e.g. a PCR. c: opening, washing and blocking of the chip d: filling of the cavity chip with reaction mix and sealing it with an empty array surface. e: performing a copying reaction, e.g. a PCR. f: washing and blocking of the newly formed array (transformed array) and the cavity chip.
Figur 24 zeigt ein weiteres Beispiel für eine mögliche Anwendung. Figure 24 shows another example of a possible application.
Abkürzungen und Erläuterungen: Abbreviations and explanations:
Überträgerchip Auch Kavitätenchip genannt; Vorrichtung, die zur ortsgebundenen Transmitter chip Also called cavity chip; Device used for local
Abspeicherung von Biomolekülen verwendet werden kann Storage of biomolecules can be used
Primäres Array Auch Vorlagenarray genannt; Mikroarray, welches als Ausganslage dient und nach dem aktuellen Stand der Technik hergestellt wurde; bevorzugt DNA oder RNA Array Primary array Also called template array; Microarray, which serves as Ausganslage and was produced according to the current state of the art; preferably DNA or RNA array
Sekundäres Array Mikroarray, welches auf nach einer durchgeführten Array Secondary array microarray, which is done after an array
Transformation hergestellt wird. Es stellt das Endresultat der Array Transformation dar. Transformation is made. It represents the end result of the array transformation.
RT Raumtransformation - Änderung der Information des Ortes und/oder der Geometrie im Vergleich zum Primärarray RT space transformation - changing the information of the location and / or the geometry compared to the primary array
RT Zoom Raumtransformation Zoom - Die Ortsinformation bleibt bestehen; Die RT Zoom Room transformation Zoom - The location information remains; The
Spots werden aber vergrößert oder verkleinert dargestellt. Spots are displayed enlarged or reduced.
RT Drehung Raumtransformation Drehung - Drehung des Primärarrays um RT Rotation Space transformation Rotation - Rotation of the primary array
bestimmten Punkt und Winkel (zusätzlich zu Verschiebung) specific point and angle (in addition to displacement)
RT Verschiebung Raumtransformation Verschiebung - Lageveränderung des Arrays im RT shift spatial transformation displacement - change of position of the array in the
Vergleich zum Ausgangsarray Comparison to the output array
RT Streckung Redundanz zu Formtransformation RT stretching Redundancy to shape transformation
RT Hinzufügen oder Verbinden von neuen Informationen zur bereitsRT Add or connect new information already
Zusammenführung vorhandenen Information. Die Beschaffenheit der ursprünglichen Merging existing information. The texture of the original ones
Informationen wird hierbei nicht verändert.
RT Auflösung Raumtransformation Auflösungsveränderung Erhöhung oder Information is not changed here. RT resolution space transformation resolution change increase or
Verringerung der Spotanzahl im Vergleich zum Ausgangsarray Reduction of the number of spots compared to the output array
FT Formtransformation - Änderung der Ursprünglichen Form der FT Form Transformation - Changing the Original Form of the
Arraypunkte des Primärarrays Arraypoints of the primary array
ST Sequenztransformation - Änderung der Biomoleküle im Vergleich zum ST sequence transformation - modification of biomolecules compared to
Primärarray primary array
(additive) ST Addition Sequenztransformation, die das Hinzufügen von neuer Information zu der bereits bestehenden Information ermöglicht (additive) ST addition Sequence transformation that allows the addition of new information to the already existing information
(subtraktive) ST Sequenztransformation, die das teilweise oder komplette Entfernen Subtraktion von Information ermöglicht (subtractive) ST Sequence transformation that allows the partial or complete removal of subtraction of information
Entsprechend der Theorie der affinen und teilaffinen Abbildungen aus der Mathematik können sämtliche der verwendeten Transformationen, bijektiv, injektiv und/oder surjektiv sein und darüber hinaus additiv, subtraktiv oder identisch. Dabei bedeutet: According to the theory of affine and partially affine mappings from mathematics, all of the transformations used can be bijective, injective, and / or surjective and, in addition, additive, subtractive, or identical. Where:
Bijektiv: Jede Kavität des Überträgerchips trifft genau einen Punkt des Primärarrays. Keine Punkte werden ausgelassen. Bijective: Each cavity of the transmitter chip hits exactly one point of the primary array. No points are left out.
Injektiv: Die Kavitäten des Überträgerchips treffen jeweils einen Punkt des Primärarrays. Es können Punkte ausgelassen werden Injection: The cavities of the transmitter chip hit one point of the primary array. Points can be omitted
Surjektiv: Jede Kavität des Überträgerchips trifft eine oder mehrere Punkte des Primärarrays. Keine Punkte werden ausgelassen. Surjective: Each cavity of the transmitter chip hits one or more points of the primary array. No points are left out.
Referenzen credentials
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